植被固碳能力是陆地生态系统碳汇的基础,可通过净生态系统生产力(NEP)这一重要指标来反映.估算植被固碳能力是生态学和地表生态系统研究领域的共同科学问题,揭示其变化特征及其因素影响对于区域生态系统具有重要意义.以京津风沙源治理区为研究区,估算了 2000-2020年京津风沙源治理区NEP,并利用趋势分析法和稳定性分析法等方法分析其时空变化特征,并利用地理探测器探究了影响NEP的自然因素与人类活动因素.结果显示:(1)2020年,京津风沙源治理区的NEP均值为110.09 gC m-2a-1,碳汇区面积约为3.591×105 km2,占总面积的78.80％;(2)2000-2020年,京津风沙源治理区多年平均NEP为77.54 gC m-2a-1,年际变化率为4.118 gCm-2a-1,总体上呈上升趋势,研究区以NEP明显增加区为主,占比55.16％,主要分布在研究区南部,NEP呈下降趋势地区仅占比0.15％,主要分布在北部干旱草原沙地治理区,呈斑块状分布;(3)不同生态系统NEP从高到低依次为林地、农田和草地,林地固碳作用较强,未来林地固碳潜力较大,草地面积占研究区的70％,其总固碳量远超其他类型且呈增加趋势;(4)影响京津风沙源治理区NEP的主导因素为年降水量,其次,生态工程的实施也是NEP变化的重要影响因素,不同因素对京津风沙源治理区NEP的影响表现为双因子增强或非线性增强.围绕京津风沙源植被固碳能力估算以及影响因素的空间分异性,研究也在一定程度上提出了空间恢复的建议,以期为京津风沙源加强植被固碳能力以及生态修复等决策提供科学依据.

为明晰高原鼢鼠(Eospalax baileyi)干扰对高寒草甸植物功能性状及功能多样性的影响,本研究选取青藏高原东缘高原鼢鼠栖息地,以鼠丘斑块空间格局指数代表其干扰强度,划分为轻度、中度、重度和极重度干扰4个水平,设置无鼠丘草地为对照,调查了植被群落物种多度、常见植物功能性状和土壤理化性质.利用单因素方差分析不同干扰强度下植物功能性状和功能多样性的差异,采用全子集回归和冗余分析方法分析环境因子对植物功能性状及功能多样性的影响.结果表明:(1)相比对照,所有高原鼢鼠干扰区植物叶绿素相对含量、叶片碳含量群落加权平均值显著增加(P＜0.05),而植物株高、比叶面积和叶片氮含量显著下降(P＜0.05);(2)高原鼢鼠干扰下植物功能丰富度显著增加(P＜0.05),而功能分异和RaoQ指数相比对照显著下降(P＜0.05);(3)不同干扰强度区之间,植物功能性状和功能多样性变化较小;(4)冗余分析和全子集回归分析表明,土壤水分和温度是影响高寒草甸植物功能多样性的主要环境因子,土壤环境因子对功能性状和功能多样性解释贡献分别达到41.6％和27.3％.本研究结果表明,高原鼢鼠干扰改变了土壤环境因子(温度和水分),进而影响到植物功能性状和功能多样性.

为进一步研究砒砂岩区不同雨型下植被格局对坡面土壤侵蚀特征的影响,基于野外径流小区原位观测试验与景观生态学相结合的方法,通过对比分析不同坡面的植被斑块格局指数与产流产沙之间的相关关系,阐明植被格局对砒砂岩坡地降雨侵蚀的影响.结果表明:(1)该地区降雨可划分为3类,根据各植被坡面产流产沙能力,得出降雨侵蚀力表现为:雨型Ⅱ(长历时、大雨量、大雨强)＞雨型Ⅲ(短历时、小雨量、中雨强)＞雨型Ⅰ(中历时、中雨量、小雨强).降雨量和最大30min雨强与产流产沙量呈显著或极显著关系,相关系数0.695以上,是预测该区域水土流失的主要降雨因子.(2)各坡面水土保持能力与降雨类型有关,不同雨型下3种植被坡面减流减沙率分别达0.42％、20.8％以上,不同植被格局坡面减沙效益优于减流效益,3种植被坡面的减流能力为:雨型Ⅰ＞雨型Ⅲ＞雨型Ⅱ.(3)3种植被坡面的径流泥沙模数由小到大依次为:均匀分布＜聚集分布＜随机分布,对比区域多年平均径流泥沙模数,3种植被坡面能够减少侵蚀达21.33％以上.(4)景观形状指数和分离度指数是影响坡面产流产沙的主要格局因子,相关系数分别达0.884和0.825以上.产流、产沙量与坡面植被斑块分离度呈显著正相关,与景观形状指数呈显著负相关.坡面产流量(Y1)与斑块分离度(SPLIT)和景观形状指数(LSI)的关系式为Y1=8.247SPLIT-6.605LSI+38.928,R2=0.905.以上结果表明植被斑块间的分离度越小,形状越复杂,坡面阻力增大,抗侵蚀能力越强.研究成果可为生态恢复过程中植被斑块格局的优化提供理论依据和数据支撑.

探究干旱砾漠区不同地貌单元植物群落特征及其驱动力,对干旱区不同地貌单元针对性的自然植物群落保护措施制定与合理的人工恢复植物群落构建具有重要意义.该研究分析了干旱砾漠区砾漠戈壁、风蚀残丘、风沙地和河谷地4种微地貌单元植物群落结构、组成与多样性特征,并基于土壤和微气象因子监测探究了不同地貌单元影响植物群落变化的主要生态因子.结果表明:(1)干旱砾漠区植物群落呈斑块状分布,垂直结构1～2层,生活型主要以1年生植物和小灌木为主;不同地貌单元中砾漠戈壁灌木约占45%,风蚀残丘和风沙地1年生植物约占50%,河谷地植物群落包含所有统计的5种生活型,其中包括少量乔木和藤本植物.(2)干旱砾漠区河谷地的植物群落覆盖度、植株密度、群落多样性和稳定性最高,风蚀残丘次之,在植物分布稀疏的砾漠戈壁和群落结构最简单的风沙地植物群落多样性和稳定性最低.(3)土壤含水率、有机质、可溶性盐和地表温度是影响干旱砾漠区植物多样性、生产力和群落稳定性的主要因子,除此之外,风蚀残丘的土壤容重、砾漠戈壁和风沙地的地表风速也是影响各自微地貌单元植物群落特征的主要因子.综上所述,干旱砾漠区生态受损后应依据不同微地貌单元中影响植物群落的主要生态因子制定相对应的植被恢复措施,如砾漠戈壁地貌减小地表温度、通过土壤质量改善在风蚀残丘和风沙地恢复建群种、河谷地生态用水的维系等.

崩岗是地质构造、地貌条件、气象水文、植被、人类活动等综合作用下形成的一种复合侵蚀地貌,崩岗的形成与发展已严重制约了当地农业生产和社会经济发展.通过调整土地利用结构方式、优化景观格局是防治红壤区崩岗侵蚀的重要手段.如何从斑块类型水平揭示景观格局与崩岗侵蚀的关系,对于控制崩岗侵蚀、提高生态环境效益具有重要意义.以福建省安溪县为例,运用ArcGIS水文分析工具和DEM数据将该区域划分为 53 个子流域,以崩岗面积与密度为响应变量,景观格局指数为解释变量,采用冗余分析(RDA)法和通径分析法,从斑块类型水平探讨景观格局指数与崩岗面积与密度的影响.结果表明:影响崩岗侵蚀的景观格局指数主要由土地利用类型决定,其中林地的景观格局指数对崩岗特征的解释度最高(63.82%),其次为耕地(49.19%)和建设用地(42.01%);耕地景观类型面积、林地聚集度、建设用地景观形状指数和林地斑块连接度4 个指标显著影响崩岗特征,对崩岗特征变化的贡献率分别为 51.5%、26.9%、9.2%和 6.1%,且 4 个指标对崩岗特征的累积解释度达到 66.2%;通径分析发现耕地景观类型面积、林地斑块连接度、林地边缘密度、林地斑块类型面积百分比和建设用地边缘密度的综合作用对崩岗面积变化和密度变化的解释程度分别为 71%和 85%,其中耕地景观类型面积和林地斑块类型面积百分比对崩岗面积和崩岗密度的影响最大,通径系数分别是 0.499、-0.440 和0.608、-0.342.总体而言,科学合理的规划耕地、林地和建设用地的空间布局,提升景观类型整体生态效应,对抑制崩岗侵蚀具有重要意义.研究结果对于科学规划土地利用、控制红壤区崩岗侵蚀具有重要指导意义.

区域植被生物量及其与水文连通之间的定量关系对于湿地保护和管理具有重要意义.基于多期Landsat-8 遥感影像和野外实地调查数据,提取了新疆科克苏湿地生长季不同月份的湿地水体斑块,反演并分析了湿地植被地上生物量及时空分布特征,量化了水文连通与科克苏湿地植被地上生物量和植被碳库的关系.结果表明:6 月新疆科克苏湿地水体斑块面积最大,占保护区面积的 63.12%,之后湿地水体斑块面积逐渐减少,8 月水体斑块面积仅占保护区面积的 6.27%,水体斑块分布具有明显的季节性特征.科克苏湿地植被生物量呈现聚集分布的空间分布模式,额尔齐斯河及克兰河河道两侧以及支流两侧湿地为高生物量区域,北部阿热勒齐及阔克苏村和东南部萨尔胡松乡为低生物量区域.7 月地上生物量达到生长季最高值,该时段科克苏湿地的植被总生物量为 1.09×109 kg,最大总生物量为 4832 g/m2,地上生物量较高区域分布在西部的阿克铁热克村及东部的巴勒喀木斯村.水文连通与植被地上生物量及植被碳库呈现抛物线关系,水文连通度为 0.6 左右时,植被地上生物量及植被总碳库最大,植被总碳库达到 4.5×1011 kg C.研究揭示了科克苏湿地植被生物量的时空分布特征,建立了科克苏湿地水文连通度与植被地上生物量及植被碳库的量化关系,明确了适宜的水文连通度对植被生物量积累存在促进作用,可为湿地水文连通调控和植被碳储存功能提升提供有效参考.

分析延安市土地利用景观格局时空演变及驱动力因子,为区域土地利用及生态环境保护提供理论依据.基于2000-2020 年延安市三期土地利用数据,从土地利用面积变化、面积转移特征和景观指数等方面分析延安市土地利用和景观时空格局变化特征,并分析产生变化的驱动因素.研究结果表明:(1)2000-2020 年延安市土地利用以林地和草地为主,耕地、水域和未利用地面积有所减少;建设用地持续增加,变化幅度最大;建设用地的增长主要分布在河流附近及相对平坦的区域,主要流入类型为耕地、林地和草地,同时耕地、林地和草地三者之间实现互相转化.(2)各土地利用类型主要集中分布于 500-1500m海拔范围内,以及 5-25°坡度范围内.(3)草地为优势景观类型,林地、草地的破碎化程度较高,建设用地连通性增强,趋向集中分布;整体上斑块不规则程度增加,景观异质性增强,景观结构组成趋向复杂化.(4)年降水量和高程等自然要素对景观格局指数的变化具有较大的影响,同时由人类活动主导的土地利用和植被变化对景观格局指数的影响逐渐增加.

森林破碎化(或岛屿化)是导致当前生物多样性丧失的重要成因之一.滇中地区地带性的半湿润常绿阔叶林(semi-humid evergreen broad-leaved forests,SEBFs)具有显著的岛屿化特征.当前村寨周边面积大小、形状不一的"岛状"森林为研究破碎化的半湿润常绿阔叶林及其物种多样性特征提供了理想对象.本文通过植被遥感制图和群落样方调查,运用空间统计、物种多样性分析、群落排序及环境解释,探讨了滇中高原半湿润常绿阔叶林的岛屿化特征及其对群落物种多样性的影响.结果表明:(1)滇中高原现存半湿润常绿阔叶林仅占其潜在分布范围的1.5％,面积＞100 ha的林斑有92块,而面积＜10ha的林斑占斑块总数的54.6％和总面积的7.8％;该植被类型面积萎缩和破碎化严重;(2)99％的林斑到村寨的距离＜3 km,距离村寨越远,林斑平均面积越大,但样方物种α多样性除均匀度外变化不显著;不同面积等级斑块中样方物种α多样性也仅物种丰富度有显著变化,面积超过100 ha的大斑块有更高的物种丰富度;离村寨越近,样方群落物种组成简单化和同质化现象加强;(3)样方群落β多样性主要由物种替换引起.森林岛屿化是导致半湿润常绿阔叶林群落物种组成变化的主要因子,而人类干扰强度对群落物种组成的影响高于局部生境异质性(水分条件)和区域气候梯度(低温限制)的影响.滇中高原半湿润常绿阔叶林以破碎小斑块大量存在于村寨周边,在人为干扰下群落退化明显,亟待引起足够重视,并采取必要措施加强保护.

生物多样性格局是生物群落构建过程的反映,有助于理解生态系统的物种共存机制.半湿润常绿阔叶林是亚热带西部半湿润气候下的地带性植被类型,对其群落内物种多样性的空间异质格局及影响因子的认识还比较缺乏,基于大样地的研究还未见报道.本文基于鸡足山20.16 ha森林动态监测样地504个样方的木本植物调查数据和TWINSPAN群落分类结果,分析了样方尺度上α多样性和β多样性的空间分布格局及其环境影响因子.结果表明:(1)样地内云南松(Pinus yunnanensis)群落及其乔木和灌木的物种丰富度均高于高山栲(Castanopsis delavayi)群落和元江栲(C.orthacantha)群落;高山栲群落及其灌木物种丰富度低于元江栲群落,乔木物种丰富度则高于元江栲群落.相反,元江栲群落的Shannon-Wiener多样性指数最高,其次为高山栲群落,云南松群落的最低.基于净种间亲缘关系指数,元江栲群落、高山栲群落、云南松群落的谱系结构分别为聚集、随机、发散.(2)对物种丰富度存在普遍性影响的因子有土壤总氮、pH值、相对海拔高度、木本植物的胸高断面积之和;导致乔木种丰富度变化的主要因子有土壤总氮、pH值、胸高断面积之和;导致灌木种丰富度变化的主要因子是相对海拔高度、土壤总氮、坡度和地形湿度指数.(3)物种β多样性格局显示,随着空间距离和环境距离的增大,物种差异性和物种周转率增大,即环境越相似,群落越相似.上述结果表明,鸡足山样地中先锋性的云南松群落与稳定的元江栲群落和高山栲群落在物种多样性和构成上存在显著差异,指示了半湿润常绿阔叶林异质斑块所对应的物种共存和物种多样性维持特征,为进一步的机理性研究提供了有效证据.

探究城市化对绿地空间碳源/汇的空间分布格局的影响,对评估城市生态系统的碳足迹和制定相应的碳收支管理措施具有重要意义.以净生态系统生产力(NEP)做为碳源/汇的反映指标,基于净初级生产力和土壤呼吸估算杭州市主城区绿地碳源/汇的空间分布格局,关注城乡梯度对不同绿地类型碳源/汇水平的作用.基于净初级生产力和土壤呼吸数据综合获得绿地空间NEP,通过土地利用数据和Fragstats软件进行景观格局分析,采用多元线性回归模型和逐步回归模型筛选影响NEP的景观、植被和气象因子,最后利用广义加性模型探讨NEP与各因子之间的关系.此外,分别比较了相同统计过程在不同城乡梯度和不同绿地类型之间的模型差异.结果表明:杭州市绿地空间NEP分布及其影响因子存在显著的城乡梯度与绿地类型差异.2019-2022 年杭州市主城区绿地空间,整体表现为碳源,年均NEP为-0.277 kg C m-2 a-1;其中表现为碳汇的绿地主要分布在杭州市主城区的西部,而碳源绿地主要分布在中部和东部.整体绿地空间的NEP大小与绿地斑块面积、乔木盖度和灌木盖度呈正相关,与灌木物种丰富度和气温呈负相关.NEP随城区、城郊结合部、郊区的城乡梯度逐步增强;城区NEP与乔木盖度呈正相关,与景观多样性和气温呈负相关;城郊结合部NEP与乔木物种丰富度和灌木盖度呈正相关,与绿地斑块密度和气温呈负相关;郊区NEP则与聚集度指数、乔木盖度和灌木盖度呈正相关.公园、农田、自然植被的NEP依次增大并受到不同因素的调控.公园NEP与聚集度指数、乔木盖度和灌木盖度呈正相关,与景观分割指数、灌木物种丰富度和气温呈负相关;农田NEP与聚集度指数和灌木盖度呈正相关,与气温呈负相关;而自然植被NEP则与乔木盖度呈正相关,与景观多样性指数和气温呈负相关.研究进一步揭示了城市化对绿地空间碳源/汇的影响,为城乡碳收支的差异化管理提供了一定的理论和数据支持.